Language
Country/Area
No result found
Tại sao thiết kế theo mô hình trở thành vũ khí bí mật cho thiết kế hàng không vũ trụ và ô tô
Thiết kế dựa trên mô hình (MBD) là phương pháp toán học và trực quan để giải quyết các vấn đề trong thiết kế hệ thống điều khiển, xử lý tín hiệu và truyền thông phức tạp. Phương pháp này được sử dụng rộng rãi trong điều khiển chuyển động, thiết bị công nghiệp, hàng không vũ trụ và ứng dụng ô tô. Khi công nghệ tiếp tục phát triển, thiết kế dựa trên mô hình đang dần trở thành chiến lược quan trọng trong quá trình thiết kế của các ngành công nghiệp này.
Thiết kế theo mô hình cung cấp một cách hiệu quả để thiết lập một khuôn khổ chung trong suốt quá trình thiết kế và hỗ trợ chu kỳ phát triển.
Trong thiết kế hệ thống điều khiển theo mô hình, quá trình phát triển có thể được tóm tắt thành bốn bước chính: mô hình hóa nhà máy, phân tích và tổng hợp bộ điều khiển, mô phỏng nhà máy và bộ điều khiển và cuối cùng là tích hợp tất cả các giai đoạn này để triển khai bộ điều khiển. . triển khai. Cách tiếp cận này khác với các khái niệm thiết kế truyền thống. Các nhà thiết kế không còn cần sử dụng các cấu trúc phức tạp và mã phần mềm dài dòng nữa. Thay vào đó, họ có thể sử dụng các khối xây dựng liên tục và rời rạc để xác định các mô hình nhà máy với các tính năng chức năng tiên tiến. Các mô hình như vậy, khi được sử dụng kết hợp với các công cụ mô phỏng, không chỉ tạo điều kiện cho việc tạo mẫu nhanh mà còn cho phép thử nghiệm và xác thực phần mềm.
Trong bối cảnh thiết kế dựa trên mô hình, mô phỏng phần cứng trong vòng lặp có thể được sử dụng để kiểm tra nhanh chóng và hiệu quả các hiệu ứng động của hệ thống, điều mà các phương pháp thiết kế truyền thống không thể thực hiện được.
Bối cảnh lịch sử của thiết kế theo mô hình
Từ những năm 1920, hai lĩnh vực kỹ thuật là lý thuyết điều khiển và hệ thống điều khiển đã hội tụ để tạo ra các hệ thống tích hợp lớn. Các hệ thống điều khiển ban đầu chủ yếu hoạt động trong môi trường công nghiệp. Ví dụ, các nhà máy lớn bắt đầu sử dụng bộ điều khiển quy trình để điều chỉnh các biến liên tục như nhiệt độ và áp suất. Với sự phát triển của công nghệ, đặc biệt là trong cuộc chạy đua vào không gian vào những năm 1950 và 1960, các hệ thống điều khiển nhúng dần trở nên quan trọng.
Các kỹ sư tiếp tục xây dựng các hệ thống điều khiển như bộ phận điều khiển động cơ và máy bay mô phỏng để trở thành một phần của sản phẩm cuối cùng. Đến cuối thế kỷ XX, các hệ thống điều khiển nhúng đã trở nên phổ biến, thậm chí nhiều thiết bị gia dụng như máy giặt và máy điều hòa không khí còn chứa các thuật toán điều khiển phức tạp, nâng cao tính "thông minh" của các thiết bị này.
Các bước chính của thiết kế dựa trên mô hình
Các bước chính của thiết kế dựa trên mô hình bao gồm: đầu tiên là mô hình hóa nhà máy, có thể là mô hình dựa trên dữ liệu hoặc mô hình dựa trên nguyên tắc đầu tiên. Mô hình hóa dựa trên dữ liệu thường liên quan đến các kỹ thuật nhận dạng hệ thống, thu thập và xử lý dữ liệu thô từ các hệ thống thực tế để xác định các mô hình toán học.
Thông qua mô phỏng và phân tích, thiết kế dựa trên mô hình có thể xác định lỗi hệ thống trong giai đoạn đầu của thiết kế, giảm thời gian và tác động tài chính của các sửa đổi sau này.
Mô hình nguyên lý đầu tiên dựa trên các phương trình vi phân đại số đã biết để thiết lập mô hình sơ đồ khối tương ứng. Tiếp theo, mô hình toán học được tạo ra sẽ được sử dụng để phân tích và tổng hợp bộ điều khiển, sau đó được mô phỏng ngoại tuyến và tức thời, và cuối cùng được triển khai vào hệ thống thực tế thông qua việc tạo mã. Tất cả các bước này đều có thể được hoàn thành trong một môi trường trực quan thống nhất, do đó cải thiện hiệu quả của toàn bộ quá trình thiết kế.
Ưu điểm và nhược điểm của thiết kế dựa trên mô hình
Mặc dù thiết kế theo mô hình mang lại nhiều lợi thế, chẳng hạn như tạo điều kiện thuận lợi cho việc giao tiếp và phân tích dữ liệu giữa các nhóm phát triển khác nhau, nhưng nó cũng đặt ra một số thách thức. Ví dụ, vẫn còn nhiều câu hỏi về tính ứng dụng và hiệu quả của phương pháp tiếp cận bao phủ đối với phát triển hệ thống và nhúng nói chung, đặc biệt là trong môi trường sản xuất thực tế. Ngoài ra, việc quá phụ thuộc vào chuỗi công cụ đôi khi có thể ảnh hưởng đến toàn bộ quy trình kỹ thuật, đây là vấn đề cần được cân nhắc kỹ lưỡng.
Mặc dù các công cụ mới như hợp nhất ba chiều giúp quản lý kiểm soát phiên bản nhưng việc tích hợp hiệu quả các giải pháp này vào quy trình làm việc hiện có vẫn là một nhiệm vụ phức tạp.
Trong môi trường cạnh tranh cao của ngành hàng không vũ trụ và kỹ thuật ô tô, thiết kế theo mô hình đã thay đổi cách thiết kế của các ngành công nghiệp này như thế nào? Đây có còn là câu hỏi đáng để suy ngẫm không?
